Physics and performance issues of a -mode gyrotron traveling-wave amplifier are studied in theory. For a high order mode, absolute instabilities on neighboring modes at the fundamental and higher cyclotron harmonic frequencies impose severe constraints to the device capability. Methods for their stabilization are outlined, on the basis of which the performance characteristics are examined in a multidimensional parameter space under the marginal stability criterion. The results demonstrate the viability of a high-order-mode traveling-wave amplifier and provide a roadmap for design tradeoffs among power, bandwidth, and efficiency. General trends are observed and illustrated with specific examples.
REFERENCES
1.
V. L.
Granatstein
, B.
Levush
, B. G.
Danly
, and R. K.
Parker
, IEEE Trans. Plasma Sci.
25
, 1322
(1997
).2.
S. H.
Gold
and G. S.
Nusinovich
, Rev. Sci. Instrum.
68
, 3945
(1997
).3.
K. L.
Felch
, B. G.
Danly
, H. R.
Jory
, K. E.
Kreischer
, W.
Lawson
, B.
Levush
, and R. J.
Temkin
, Proc. IEEE
87
, 752
(1999
).4.
V. L.
Granatstein
, G. S.
Nusinovich
, M.
Blank
, K.
Felch
, R. M.
Gilgenbach
, H.
Guo
, H.
Jory
, N. C.
Luhmann
, D. B.
McDermott
, J. M.
Rogers
, and T. A.
Spencer
, in High-Power Microwave Sources and Technologies
, edited by R. J.
Barker
and E.
Schamiloglu
(IEEE
, New York
, 2001
), p. 156
.5.
K. R.
Chu
, Rev. Mod. Phys.
76
, 489
(2004
).6.
G. S.
Nusinovich
, Introduction to the Physics of Gyrotrons
(John Hopkins University Press
, Maryland
, 2004
).7.
M.
Blank
, B. G.
Danly
, B.
Levush
, P. E.
Latham
, and D. E.
Pershing
, Phys. Rev. Lett.
79
, 4485
(1997
).8.
B. G.
Danly
, M.
Blank
, J. P.
Calame
, B.
Levush
, K. T.
Nguyen
, D. E.
Pershing
, R. K.
Parker
, K. L.
Felch
, B. G.
James
, P.
Borchard
, P.
Cahalan
, T. S.
Chu
, H. R.
Jory
, T. A.
Hargreaves
, R. B.
True
, W. G.
Lawson
, and T. M.
Antenson
, IEEE Trans. Plasma Sci.
28
, 713
(2000
).9.
M.
Blank
, K.
Felch
, B. G.
James
, P.
Borchard
, P.
Cahalan
, T. S.
Chu
, H.
Jory
, B. G.
Danly
, B.
Levush
, J. P.
Calame
, K. T.
Nguyen
, and D. E.
Pershing
, IEEE Trans. Plasma Sci.
30
, 865
(2002
).10.
G. J.
Linde
, M. T.
Ngo
, B. G.
Danly
, W. J.
Cheung
, and V.
Gregers-Hansen
, IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst.
44
, 1102
(2008
).11.
H.
Guo
, S. H.
Chen
, V. L.
Granatstein
, J.
Rogers
, G. S.
Nusinovich
, M.
Waters
, B.
Levush
, and W. J.
Chen
, Phys. Rev. Lett.
79
, 515
(1997
).12.
K. R.
Chu
, H. Y.
Chen
, C. L.
Hung
, T. H.
Chang
, L. R.
Barnett
, S. H.
Chen
, and T. T.
Yang
, Phys. Rev. Lett.
81
, 4760
(1998
).13.
G. G.
Denisov
, V. L.
Bratman
, A. W.
Gross
, W.
He
, A. D. R.
Phelps
, K.
Ronald
, S. V.
Samsonov
, and C. G.
Whyte
, Phys. Rev. Lett.
81
, 5680
(1998
).14.
K. R.
Chu
, H. Y.
Chen
, C. L.
Hung
, T. H.
Chang
, L. R.
Barnett
, S. H.
Chen
, T. T.
Yang
, and D.
Dialetis
, IEEE Trans. Plasma Sci.
27
, 391
(1999
).15.
V. L.
Bratman
, A. W.
Gross
, G. G.
Denisov
, W.
He
, A. D. R.
Phelps
, K.
Ronald
, S. V.
Samsonov
, C. G.
Whyte
, and A. R.
Young
, Phys. Rev. Lett.
84
, 2746
(2000
).16.
M.
Garven
, J. P.
Calame
, B. G.
Danly
, K. T.
Nguyen
, B.
Levush
, F. N.
Wood
, and D. E.
Pershing
, IEEE Trans. Plasma Sci.
30
, 885
(2002
).17.
J. R.
Sirigiri
, M. A.
Shapiro
, and R. J.
Temkin
, Phys. Rev. Lett.
90
, 258302
(2003
).18.
H. H.
Song
, D. B.
McDermott
, Y.
Hirata
, L. R.
Barnett
, C. W.
Domier
, H. L.
Hsu
, T. H.
Chang
, W. C.
Tsai
, K. R.
Chu
, and N. C.
Luhmann
, Jr., Phys. Plasmas
11
, 2935
(2004
).19.
M.
Blank
, P.
Borchard
, S.
Caufman
, and K.
Felch
, Proceedings of the IEEE International Vacuum Electronics Conference
(IEEE
, New York
, 2006
), p. 459
.20.
M. A.
Kempkes
, T. J.
Hawkey
, M. P. J.
Gaudreau
, and R. A.
Phillips
, Proceedings of the IEEE International Vacuum Electronics Conference
(IEEE
, New York
, 2006
), p. 551
.21.
S. H.
Chen
, T. H.
Chang
, K. F.
Pao
, C. T.
Fan
, and K. R.
Chu
, Phys. Rev. Lett.
89
, 268303
(2002
).22.
L. R.
Barnett
, L. H.
Chang
, H. Y.
Chen
, K. R.
Chu
, W. K.
Lau
, and C. C.
Tu
, Phys. Rev. Lett.
63
, 1062
(1989
).23.
W. C.
Tsai
, T. H.
Chang
, N. C.
Chen
, K. R.
Chu
, H. H.
Song
, and N. C.
Luhmann
, Jr., Phys. Rev. E
70
, 056402
(2004
).24.
25.
T. H.
Chang
and S. H.
Chen
, Phys. Plasmas
12
, 013104
(2005
).26.
D. E.
Pershing
, K. T.
Nguyen
, J. P.
Calame
, B. G.
Danley
, and B.
Levush
, Conference Digest of the 27th International Conference on Infrared and Millimeter Waves
, edited by R. J.
Temkin
(IEEE
, New York
, 2002
), p. 199
.© 2010 American Institute of Physics.
2010
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.
